Комбинированный четырехцилиндровый двигатель



Комбинированный четырехцилиндровый двигатель
Комбинированный четырехцилиндровый двигатель
Комбинированный четырехцилиндровый двигатель
Комбинированный четырехцилиндровый двигатель
Комбинированный четырехцилиндровый двигатель
Комбинированный четырехцилиндровый двигатель
Комбинированный четырехцилиндровый двигатель
Комбинированный четырехцилиндровый двигатель
Комбинированный четырехцилиндровый двигатель
Комбинированный четырехцилиндровый двигатель

 


Владельцы патента RU 2520791:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт "НАМИ" (RU)

Изобретение относится к области двигателестроения, в частности к комбинированным поршневым двигателям внутреннего сгорания. Технический результат - расширение функциональных возможностей двигателя для улучшения его характеристик при малых, средних и больших нагрузках. Сущность изобретения заключается в том, что двигатель содержит одинаковые основные 1, 4 и дополнительные 2, 3 цилиндры с расположенными в них поршнями, связанными с коленчатым валом. Двигатель снабжен двухпозиционными золотниковыми распределителями 19, 20 потоков воздуха и горячего газа, содержащими механически связанные между собой поворотные золотники 21, 22. Золотники сделаны с пазами для перепуска воздуха в первой их позиции из цилиндров 2, 3 при уменьшении их объема в цилиндры 1, 4 при увеличении их объема при открытом впускном клапане и для перепуска горячего газа во второй их позиции из цилиндров 1, 4 при уменьшении их объема в цилиндры 2, 3 при увеличении в них объема. Золотник 21 расположен между каналами прохода воздуха, а золотник 22 расположен между каналами прохода горячего газа. 1 з.п. ф-лы, 10 ил.

 

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания. Оно касается комбинированных поршневых двигателей с четырьмя цилиндрами, использующих средства, улучшающие преобразование энергии сжатой среды в механическую энергию.

Известны различные комбинированные поршневые двигатели, содержащие основные и дополнительные цилиндры, представленные в заявках №№2812199, 3344203, опубликованных в ФРГ, в заявках №№2264333, 2294501, опубликованных в Великобритании, в патентах №№6318310, 6553977, выданных в США, в заявках №№198504, 1201892 на выдачу Европейского патента.

В качестве прототипа принят комбинированный четырехцилиндровый поршневой двигатель, показанный в патенте №3514206, МПК F02B 41/06, выданном в ФРГ. Он содержит одинаковые основные и дополнительные цилиндры с расположенными в них поршнями одинакового диаметра, связанными с коленчатым валом двигателя, впускные и выпускные клапаны. В этом двигателе для улучшения его рабочих характеристик производится только перепуск горячих газов из каждого основного цилиндра в дополнительные цилиндры для продолженного их расширения.

Задача - расширение функциональных возможностей комбинированного поршневого двигателя при разных его нагрузках.

Решение задачи расширения функциональных возможностей поршневого комбинированного двигателя при разных его нагрузках обеспечено тем, что комбинированный двигатель с четырьмя цилиндрами, содержащий одинаковые основные и дополнительные цилиндры с расположенными в них поршнями, связанными с коленчатым валом, впускные и выпускные клапаны, снабжен двухпозиционными золотниковыми распределителями потоков воздуха и горячего газа, содержащими механически связанные между собой поворотные золотники, сделанные с пазами для перепуска воздуха в первой позиции золотников из дополнительных цилиндров при уменьшении их объема в основные цилиндры при увеличении их объема и для перепуска горячего газа во второй позиции золотников из основных цилиндров при уменьшении их объема в дополнительные цилиндры при увеличении в них объема, золотник одного из распределителей расположен между каналами прохода воздуха, а золотник другого распределителя расположен между каналами прохода горячего газа.

Вследствие использования указанных распределителей потоков воздуха и горячих газов обеспечено при малых и средних нагрузках двигателя продолженное расширение горячих газов, направляемых из каждого основного цилиндра в дополнительные цилиндры, а при больших нагрузках производится сжатие воздуха в дополнительных цилиндрах и затем подача в основные цилиндры для улучшения их наполнения. Включение режима продолженного расширения горячих газов путем их перепуска в дополнительные цилиндры из основных цилиндров при малой и средней нагрузке двигателя и затем включение с помощью двухпозиционных распределителей режима нагнетания воздуха из дополнительных цилиндров в каждый основной цилиндр при большой нагрузке на двигатель существенно улучшает преобразование энергии горячих газов в механическую энергию, способствующее снижению расхода топлива двигателем с обеспечением высоких динамических его характеристик.

Этот комбинированный четырехцилиндровый двигатель снабжен турбокомпрессором, сообщаемым с основными и дополнительными цилиндрами двигателя через оба распределителя в каждой позиции их золотников.

На фигуре 1 показана схема четырехцилиндрового поршневого двигателя с золотниковыми распределителями потоков воздуха и горячего газа, занимающими положение, соответствующее режиму продолженного расширения горячих газов.

На фигуре 2 показана схема двигателя при выпуске воздуха в левый основной цилиндр и выпуске горячих газов из дополнительных цилиндров после продолженного их расширения и рабочем ходе поршня в правом основном цилиндре.

На фигуре 3 показана схема двигателя при перепуске горячих газов из правого основного цилиндра в дополнительные цилиндры для продолженного их расширения и сжатии воздуха в левом основном цилиндре.

На фигуре 4 показана схема двигателя при впуске воздуха в правый основной цилиндр, рабочем ходе поршня в левом основном цилиндре и выпуске горячих газов из дополнительных цилиндров.

На фигуре 5 показана схема двигателя при перепуске горячих газов из левого основного цилиндра в дополнительные цилиндры и сжатии воздуха в правом основном цилиндре.

На фигуре 6 показана схема этого четырехцилиндрового двигателя при положении золотниковых распределителей, соответствующем режиму нагнетания воздуха из дополнительных цилиндров в основные цилиндры.

На фигуре 7 показана схема двигателя при нагнетании воздуха из дополнительных цилиндров в левый цилиндр и рабочем ходе поршня в правом цилиндре.

На фигуре 8 показана схема двигателя при впуске воздуха в дополнительные цилиндры при сжатии воздуха в левом цилиндре и выпуске горячих газов из правого цилиндра.

На фигуре 9 показана схема двигателя при нагнетании воздуха из дополнительных цилиндров в правый цилиндр и рабочем ходе поршня в левом цилиндре.

На фигуре 10 показана схема двигателя при впуске воздуха в дополнительные цилиндры при сжатии воздуха в правом цилиндре и выпуске горячих газов из левого цилиндра.

Представленный на чертежах комбинированный четырехцилиндровый поршневой двигатель содержит четыре одинаковых цилиндра 1, 2, 3, 4, из которых левый и правый крайние цилиндры 1 и 4 являются основными, а средние цилиндры 2 и 3 являются дополнительными. В этих цилиндрах расположены одинаковые поршни 5-8, связанные шатунами 9 с коленчатым валом 10 двигателя с его шатунными шейками. Шатунные шейки, с которыми связаны поршни 6 и 7 средних цилиндров, повернуты относительно шатунных шеек, связанных с поршнями 5 и 8 крайних цилиндров, на 180 градусов. Цилиндры содержат подъемные впускные клапаны 11-14 и подъемные выпускные клапаны 15-18.

Двигатель содержит два двухпозиционных золотниковых распределителя 19 и 20 потоков воздуха и горячих газов. Эти распределители содержат цилиндрические поворотные золотники 21 и 22, имеющие между собой механическую связь 23 посредством цепной или зубчатой передачи либо с помощью рычажных поводков, связанных между собой тягой. В золотниках сделаны поперечные пазы, образующие камеры, разделенные в каждом золотнике перегородкой. Золотник 21 расположен между каналами 24-27 прохода воздуха к цилиндрам двигателя, а золотник 22 расположен между каналами 28-31 прохода горячих газов. Через распределители 19 и 20 потоков воздуха и горячего газа в первой их позиции производится впуск воздуха в основные цилиндры 1 и 4 при увеличении в них объема при открытом впускном клапане, перепуск горячего газа из основных цилиндров 1 и 4 при уменьшении их объема в дополнительные цилиндры 2 и 3 при увеличении в них объема, выпуск горячего газа из дополнительных цилиндров 2 и 3 при уменьшении в них объема. Во второй позиции распределителей 19 и 20 производится впуск воздуха в дополнительные цилиндры 2 и 3 при увеличении в них объема, перепуск воздуха из дополнительных цилиндров при уменьшении их объема в основные цилиндры 1 и 4 при увеличении в них объема при открытом впускном клапане, выпуск горячего газа из основных цилиндров при уменьшении их объема.

Двигатель содержит также турбокомпрессор 32, состоящий из лопаточного компрессора 33 и лопаточной турбины 34.

Во время работы двигателя с небольшой нагрузкой при малой и средней частоте вращения коленчатого вала золотники 21 и 22 распределителей занимают положение, показанное на фигурах 1-5. При таком положении золотников двигатель работает на режиме продолженного расширения горячих газов, образующихся в основных цилиндрах 1 и 4 при сгорании топлива. При положении поршней, показанном на фигуре 2, производится впуск воздуха через распределитель 19 и открытый впускной клапан в левый основной цилиндр 1 во время движения его поршня 5 вниз от впускного и выпускного клапанов. В правом основном цилиндре 4 происходит рабочий ход его поршня 8, перемещающегося вниз под давлением горячего газа, образовавшегося при сгорании топлива при закрытых впускном и выпускном клапанах цилиндра 4. Из средних цилиндров 2 и 3 производится выпуск через выпускные клапаны горячих газов, вытесняемых из цилиндров 2, 3 поршнями 6 и 7, перемещающимися вверх в сторону клапанов. Вытесняемый из средних цилиндров горячий газ через распределитель 20 поступает к турбине 34 для привода компрессора 33.

При положении поршней, показанном на фигуре 3, в левом крайнем цилиндре 1 поршень 5 поднимается вверх, сжимая воздух в этом цилиндре при закрытых впускном и выпускном клапанах, в правом крайнем цилиндре 4 поршень 8 перемещается тоже вверх, вытесняя образовавшийся после рабочего хода горячий газ через открытый выпускной клапан и через распределитель 20 в средние цилиндры 2 и 3, в которых происходит продолженное расширение горячего газа, совершая полезную работу.

После такта сжатия воздуха в левом цилиндре 1 производится подача в него топлива. При сгорании поступившего топлива образуется горячий газ, под давлением которого поршень 5 перемещается от клапанов вниз, вращая посредством шатуна 9 коленчатый вал 10 (фигура 4). В правом цилиндре 4 происходит такт впуска воздуха, поступающего в него от компрессора 33 по каналам 24, 25 через открытый впускной клапан. Из средних цилиндров горячий газ после его продолженного расширения поступает через открытые выпускные клапаны и через распределитель 20 по каналам 30 и 31 к турбине 34 для привода компрессора 33.

После рабочего хода в левом цилиндре 1 происходит выпуск горячих газов из него через открытый выпускной клапан 15 по каналам 28, 29 через распределитель 20 в средние цилиндры 2, 3 через их открытые выпускные клапаны 12, 13 (фигура 5). В правом крайнем цилиндре 4 происходит такт сжатия воздуха перед подачей в него топлива.

При необходимости работы двигателя с большой нагрузкой при большой частоте вращения коленчатого вала переключают распределители 19 и 20, устанавливая их золотники 21 и 22 в позиции, показанной на фигурах 6-10. В этой позиции золотников средние цилиндры 2, 3 используются для нагнетания воздуха в крайние цилиндры 1 и 4, являющиеся основными. При положении клапанов и поршней, показанном на фигуре 7, открыты впускной клапан 11 левого цилиндра 1 и выпускные клапаны 16, 17 средних цилиндров 2 и 3. Клапаны правого основного цилиндра 4 закрыты. Поршни в крайних цилиндрах 1 и 4 перемещаются вниз, а поршни в средних цилиндрах 2, 3 движутся вверх в сторону клапанов. Воздух из средних цилиндров поступает через распределитель 19 и клапаны 25, 27 в левый основной цилиндр 1, совершается такт впуска в него воздуха. В правом крайнем цилиндре 4 происходит сгорание топлива с образованием горячего газа, создающего давление на поршень 8, вращающий коленчатый вал 10.

При следующем такте работы двигателя в левом крайнем цилиндре 1 клапаны закрыты, а в правом крайнем цилиндре 4 открыт выпускной клапан 18. У средних цилиндров открыты выпускные клапаны 12 и 13. Поршни в крайних цилиндрах движутся вверх в сторону клапанов, а поршни в средних цилиндрах перемещаются вниз (фигура 8). Горячий газ из основного цилиндра 4 через распределитель 20 по каналам 28, 31 направляется к турбине 34 турбокомпрессора. А в средние цилиндры через распределитель 19 по каналам 24, 26 поступает воздух от компрессора 33 турбокомпрессора.

Затем происходит следующий такт работы двигателя, при котором клапаны у левого крайнего цилиндра 1 по-прежнему закрыты, а у правого крайнего цилиндра 4 открыт впускной клапан 14. У средних цилиндров открыты выпускные клапаны 16, 17. Поршни в крайних цилиндрах движутся вниз, а в средних цилиндрах поршни поднимаются вверх в сторону клапанов (фигура 9). Из средних цилиндров воздух, выталкиваемый из них поршнями 6, 7, направляется через распределитель 19 по каналам 25, 27 в цилиндр 4 в расширяющуюся над поршнем 8 камеру. А в левом крайнем цилиндре 1 происходит сгорание подаваемого в него топлива, образующего горячий газ, создающий давление на поршень 5, совершающий при его перемещении полезную работу.

После этого происходит такт работы двигателя, при котором у левого крайнего цилиндра 1 открыт выпускной клапан 15, у правого цилиндра 4 закрыты оба клапана, а у средних цилиндров 2, 3 открыты выпускные клапаны 12, 13 (фигура 10). Поршни 5 и 8 в крайних цилиндрах движутся вверх в сторону клапанов, а поршни 6 и 7 в средних цилиндрах перемещаются вниз. Происходит выпуск горячих газов из левого основного цилиндра 1, поступающих через распределитель 20 по каналам 28, 31 к турбине 34 для привода компрессора 33. Одновременно от компрессора 33 через распределитель 19 по каналам 24, 26 поступает воздух в дополнительные цилиндры 2, 3 в расширяющееся в них пространство для его накопления перед подачей в основной цилиндр.

Использование распределителя потоков воздуха и распределителя потоков горячего газа обеспечивает при малых и средних нагрузках двигателя продолженное расширение горячих газов, направляемых из основных цилиндров в дополнительные цилиндры, а при больших нагрузках двигателя обеспечивает использование дополнительных цилиндров для нагнетания воздуха в основные цилиндры для улучшения их наполнения. Включение режима продолженного расширения горячих газов путем их перепуска в дополнительные цилиндры из основных цилиндров при малой и средней нагрузке и затем включение с помощью двухпозиционных распределителей режима нагнетания воздуха из дополнительных цилиндров в основные цилиндры при большой нагрузке на двигатель существенно улучшает преобразование энергии горячих газов в механическую энергию, способствующее снижению расхода топлива двигателем с обеспечением высоких динамических его характеристик.

1. Комбинированный четырехцилиндровый двигатель, содержащий одинаковые основные и дополнительные цилиндры с расположенными в них поршнями, связанными с коленчатым валом, впускные и выпускные клапаны, отличающийся тем, что он снабжен двухпозиционными золотниковыми распределителями потоков воздуха и горячего газа, содержащими механически связанные между собой поворотные золотники, сделанные с пазами для перепуска воздуха в первой позиции золотников из дополнительных цилиндров при уменьшении их объема в основные цилиндры при увеличении их объема при открытом впускном клапане и для перепуска горячего газа во второй позиции золотников из основных цилиндров при уменьшении их объема в дополнительные цилиндры при увеличении в них объема, золотник одного из распределителей расположен между каналами прохода воздуха, а золотник другого распределителя расположен между каналами прохода горячего газа.

2. Комбинированный двигатель по п.1, отличающийся тем, что он снабжен турбокомпрессором, сообщаемым с основными и дополнительными цилиндрами двигателя через оба распределителя в каждой позиции их золотников.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области двигателестроения. Техническим результатом является повышение эффективности работы за счет расширения функциональных возможностей двигателя при работе на разных нагрузках.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Двигатель (10) с расщепленным циклом содержит коленчатый вал (16), поршень (20) сжатия, введенный в цилиндр сжатия (12), поршень (30) расширения, введенный в цилиндр (14) расширения, и переходный канал (22).

Изобретение относится к четырехтактным двигателям внутреннего сгорания. Техническим результатом является повышение пусковых качеств двигателя внутреннего сгорания путем разъединения основного и дополнительного цилиндров в период пуска и прогрева двигателя.

Изобретение относится к энергомашиностроению, а именно к двигателестроению, и может быть использовано при создании поршневых двигателей внутреннего сгорания. .

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания. .

Изобретение относится к машиностроению. .

Изобретение относится к энергетическим и транспортным установкам. .

Изобретение относится к области двигателестроения. Техническим результатом является повышение эффективности работы за счет расширения функциональных возможностей двигателя при работе на разных нагрузках.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Прямодействующий симметричный двигатель внутреннего сгорания содержит корпус, по крайней мере, пару соосно расположенных рабочих цилиндров, между которыми образован компрессорный цилиндр, выполненный с кольцевым пазом в средней части и связанный при помощи каналов с системой продувки рабочих цилиндров.

Изобретение относится к двигателям с разделенным циклом. .

Изобретение относится к двигателям с расщепленным циклом, а более конкретно к авиационным двигателям. .

Изобретение относится к машиностроению, в частности к поршневым двигателям внутреннего сгорания, и может использоваться как двигатель в наземном, воздушном и водном транспорте, а также в качестве привода энергетических установок.

Изобретение относится к области двигателестроения. .

Изобретение относится к поршневым двигателям внутреннего сгорания. .

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания двухтактного типа. .

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания с продолженным расширением. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей комбинированного двигателя при различных нагрузках. Сущность изобретения заключается в том, что двигатель содержит два крайних 1, 4 и два средних 2, 3 одинаковых цилиндра с расположенными в них поршнями 5, связанными с коленчатым валом 7, впускные 10 и выпускные 11 клапаны, каналы для прохода воздуха в цилиндры и выпуска из них горячего газа. Двигатель содержит золотниковый распределитель 12 потоков воздуха и золотниковый распределитель 13 потоков горячего газа. В первой позиции распределителя 12 воздух пропускается во все цилиндры при увеличении их объема при открытом впускном клапане, а во второй позиции воздух пропускается в цилиндры 1, 4. В первой позиции распределителя 13 горячий газ выпускается наружу из всех цилиндров, а во второй позиции горячий газ перепускается из цилиндров 1, 4 при уменьшении их объема при открытом выпускном клапане в цилиндры 2, 3 при увеличении в них объема. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх